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新的发现！看看这种二维磁铁

时间：2017-6-13 09:36作者：update 阅读(1341) 评论: 5

导读：科学家首次在单层的二维世界或者说由单一原子层形成的材料中发现了磁性。该研究结果表明，即使在二维领域中也存在着磁性性质——这开辟了一个潜在应用的世界。

　　磁性材料是很多在当今生活中起着越来越关键作用的技术的基础，包括传感和硬盘数据存储。但是，随着我们的创新梦想呼唤着越来越小和越来越快的设备，研究人员正在寻找更紧凑，更高效，以及可以用精确、可靠的方法进行控制的磁性材料。

　　一个由华盛顿大学和麻省理工学院领导的研究小组首次在单层的二维世界或者说由单一原子层形成的材料中发现了磁性。这项6月8日发表在《自然》杂志上的研究结果表明，即使在二维领域中也存在着磁性性质——这开辟了一个潜在应用的世界。

　　“我们在这里发现的是一种具有内在磁性的孤立二维材料，而且该系统中的磁性非常强，”华盛顿大学物理与材料科学与工程教授萧东旭说，她是华盛顿大学清洁能源研究所的成员。“我们认为，基于这些新的二维磁体可能会出现新的信息技术。”

　　Xu和麻省理工学院物理学教授Pablo Jarillo Herrero领导的国际科学家研究小组证明了这种材料——三碘化铬，或CrI3——在其单层形式下具有磁性。

　　其他团队，包括来自橡树岭国家实验室的合著者Michael McGuire，证明了多层的三维晶状CrI3具有铁磁性。在铁磁材料中，电子的“自旋”，类似于微小的亚原子磁体，即使没有外部磁场，也在同一方向上排列。

　　但是，没有任何三维磁性物质在减薄到单原子薄片的时候仍然还能保留其磁性。事实上，单层材料可以表现出在它们的多层三维形式中所没有的独特性质。

　　“你根本无法根据三维材料的行为来准确地预测其在二维情况下的电，磁，物理或化学特性，”共同作者，华盛顿大学的博士生Bevin Huang说。

　　单层材料中的原子被认为在“功能”上是二维的，因为电子只能在厚度只有原子级别的薄片中运动，就像棋盘上的棋子一样。

　　为了发现二维CrI3的性质，该小组用透明胶带把单层CrI3从其三维体状晶体上剥离下来。

　　“用透明胶带从三维晶体上将单层原子剥离下来这个方法出奇的有效，”共同作者，华盛顿大学的博士生Genevieve Clark说。“这种简单、低成本的技术最初被用来获得石墨烯——石墨的二维形式，并从那时起，成功地用在了其他材料上。”

　　在铁磁材料中，当偏振光从物质表面反射时，方向一致的电子自旋会留下一个泄露信号。研究人员用一种特殊的显微镜在CrI3中检测到了这种信号。这是首次在孤立的单层材料上发现内禀铁磁性的明显标志。

　　令人惊讶的是，在两个原子厚的CrI3薄片中，这个光学信号消失了。这表明电子的自旋朝向彼此相反地排列在一起，这在术语上称为反铁磁有序。

　　在三层原子厚的CrI3中，铁磁性又回来了。科学家们还需要进行进一步的研究，以了解为什么CrI3会显示这些显著的与层数相关的磁性相。但是对Xu来说，这些仅仅是结合单分子膜所揭示的独特特性中的一部分。

　　Xu说：“二维单层膜本身就为研究磁性材料的彻底而精确的电学控制提供了令人兴奋的机会，这在使用三维块体晶体的情况下一直是一个挑战。但是，当你把不同物理属性的单分子膜叠加在一起时，会产生更大的机会。在那里，你可以得到更奇特的现象，那是你只在单层或三维块状晶体上看不到的。”

　　Xu的研究主要集中在制造由两种不同的超薄材料组成的异质结构上。在这两种材料的界面上，他的团队寻找可能能在计算和信息技术方面应用的新物理现象或新功能。

　　在一项相关的进展中，Xu的研究组，华盛顿大学电气工程和物理学教授Kai-Mei Fu带领一队同事在5月31日的《科学进展》杂志上发表了一篇论文，证明了当一个超薄型的CrI3与一层二硒化钨单原子层堆叠在一起的时候，会产生一个超级干净的“异质结构”界面，其具有独特的和意想不到的光子和磁学性质。

　　Xu说：“异质结构在实现计算、数据库存储、通信和其他应用方面具有我们所无法预料的最大的应用前景。”

　　徐和他的团队接下来想要探索包含一个CrI3单原子层或者一个双原子层的二维磁体和异质结构的独特磁学性质。

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